Кумарин: химическое соединение и аромат¶
Кумарин (2H-хромен-2-он, C₉H₆O₂) — органическое соединение класса бензопиронов, бесцветные кристаллы с характерным запахом свежескошенного сена и ванили. Впервые был выделен из тонка-бобов (Dipteryx odorata) в 1820 году. Кумарин служит исходным веществом для синтеза множества производных — антикоагулянтов, флуоресцентных красителей, лекарственных препаратов, а также широко применяется в парфюмерии и пищевой промышленности.
¶Свойства и строение
Кумарин относится к производным бензопирона — двухъядерным гетероциклическим соединениям, в которых бензольное кольцо сращено с α-пироновым. Молекулярная масса — 146,14 г/моль, температура плавления — 71 °C, кипения — 301 °C. При комнатной температуре представляет собой белые кристаллы с низкой растворимостью в воде (около 0,4 г/л при 20 °C) и хорошей — в органических растворителях: этаноле, диэтиловом эфире, хлороформе.
Флуоресценция — одна из характерных физических особенностей кумарина: его растворы в ультрафиолете светятся голубоватым свечением. На этом свойстве основана целая группа флуоресцентных красителей — кумариновых красителей, применяемых в лазерной технике, текстильной промышленности и биохимии.
¶Природные источники
В природе кумарин накапливается в растениях в виде свободного вещества или гликозидов. Наиболее известные источники:
- Тонка-боб (Dipteryx odorata) — до 1–3 % массы семян;
- Дягиль лекарственный (Angelica archangelica) и другие виды рода Angelica;
- Кассия душистая (Cassia fistula) — до 0,5 %;
- Новогвинейская трава мелилот (Melilotus) и клевер;
- Ваниль (Vanilla planifolia) — до 0,1 %;
- Зверобой (Hypericum perforatum);
- Трава святого Иоанна, чабрец, бессмертник.
В растениях кумарин играет защитную роль: он отпугивает насекомых-фитофагов и подавляет рост патогенных грибов и бактерий. При повреждении тканей растения гликозиды гидролизуются с высвобождением свободного ароматического вещества.
¶Биосинтез
Биосинтез кумарина в растениях идёт по шикиматному пути из аминокислоты фенилаланина. Фермент фенилаланинаммиаклиаза превращает фенилаланин в транс-циннамовую кислоту, которая гидроксилируется в пара-позицию с образованием кумаровой кислоты. Замыкание лактонного кольца катализируется ферментом кумарин-синтазой. Этот путь характерен для семейства бобовых, зонтичных, губоцветных и других групп высших растений.
¶Применение
¶Парфюмерия и бытовая химия
Кумарин с начала XX века используется в парфюмерии как фиксатор и ароматизатор с запахом свежего сена, ванили и табака. Он входит в состав группы «фужерных» ароматов — лёгких, природных композиций. Кумарин применяется в одеколонах, мыле, средствах для стирки. В России производство и оборот кумарина регулируется нормативами по предельно допустимым концентрациям в парфюмерно-косметической продукции.
¶Медицина
Кумарин является прекурсором для синтеза антикоагулянтов непрямого действия — варфарина, аценокумарола и других производных 4-гидроксикумарина. Варфарин, разработанный в 1940-х годах в США, применяется для профилактики тромбозов и лечения тромбоэмболий. Сам по себе кумарин обладает слабым антикоагулянтным действием, однако его гидроксилированные производные активны.
Кроме того, кумарин и его производные изучаются как противовоспалительные, противоопухолевые и антиоксидантные соединения. Некоторые синтетические кумарины (например, амаролит) применяются в диагностике — как флуоресцентные метки в биохимических исследованиях.
¶Промышленность
Кумарин служит исходным материалом для производства:
- кумариновых красителей (кумарин 1, кумарин 6, кумарин 7) — активных сред для твёрдых и жидких лазеров;
- пластификаторов и стабилизаторов полимеров;
- пестицидов (кумафос, куматион).
¶Токсичность и регулирование
В 1950-х годах было установлено, что кумарин в высоких дозах гепатотоксичен: у крыс и мышей он вызывает повреждение печени. В 1954 году FDA (США) запретило использование кумарина в пищевых продуктах. В Евросоюзе допустимая суточная доза (ADI) кумарина установлена на уровне 0,1 мг/кг массы тела. В России кумарин разрешён в ограниченных количествах в парфюмерии и некоторых пищевых продуктах (ликёры, ароматизаторы), с обязательным соблюдением нормативов, установленными техническими регламентами Таможенного союза.
В пищевых продуктах кумарин естественно присутствует в корице (Cinnamomum verum — до 1 % сухой массы), мускатном орехе, вишне, тимьяне. Корицу цейлонскую (C. verum) отличают от корицы кассии (C. cassia), содержащей значительно больше кумарина.
¶Кумарин в культуре
Запах кумарина — один из узнаваемых ароматов, ассоциируемых с летом и свежескошенной травой. В художественной литературе и мемуарах он упоминается как компонент запаха табака и старых книг. В химической культуре кумарин стал иллюстрацией к дискуссии о «натуральности» и «синтетичности» ароматов: вещество, первоначально выделенное из растения, сегодня синтезируется преимущественно химическим путём.
¶История
Кумарин был впервые описан немецким химиком Вильгельмом Генрихом Троммсдорфом в 1820 году при изучении тонка-бобов. В 1868 году немецкие химики Вильгельм Кениг и Виктор Мерц синтезировали кумарин из салицилового альдегида и уксусного ангидрида (реакция Перкина). В 1900-х годах кумарин стал одним из первых веществ, применяемых в промышленной парфюмерии, а в 1940-х — основой для создания антикоагулянтов.
¶Источники
- Беленки Л. Г. «Физико-химические свойства производных бензопирона»
- Терехов В. И. «Химия природных соединений»
- Справочник «Кумарин и его производные» (под ред. В. М. Родионова)
- Hoult J. R. S., Paya M. «Pharmacological and biochemical actions of simple coumarins» // Planta Medica, 1994
- EFSA Panel on Food Additives // Scientific Opinion on coumarin in flavourings, 2010